2025 Make Blocks阶段2 - 使用LSM6DSV16XTR完成IMU模块设计

内容介绍

任务介绍

Make Blocks第三期选择的任务是设计一款IMU模块，可实现至少三轴的数据检测，例如加速度计、陀螺仪、磁力计等，本次是在上一版的基础上进行升级，上一版的扩展板只有一个实时时钟，这一次把IMU模块内容加进去，本次选择的是ST的一款IMU运动传感器。

设计思路

目前的要求是设计一款IMU模块，由于想要和前面的模块可以关联上，这次我们通过在CubeMX中找到对应的IIC接口，然后在这个基础上进行的，使用的依然是和之前兼容的结构，选择一款三轴或者六轴的传感器都是挺方便的。

为了和之前的模块能够关联这次是在上一次的基础上进行的增加，增加的就是目前的三轴/六轴传感器，接口依然是满足LaunchPad接口需求的，使用两个2*10的排母进行外接。

设计框图如下：

功能介绍

本次设计的是一个六轴传感器，通过IIC接口进行通信控制，可以输出accelData和gyroData数据。

硬件介绍

本次设计的扩展模块主要增加的是ST的LSM6DSV16XTR，LSM6DSV16XTR是意法半导体（ST）推出的一款高性能、低功耗的6轴惯性测量单元（IMU），集成了3轴数字加速度计和3轴数字陀螺仪，专为高端应用场景设计。该芯片采用三通道架构，支持用户界面（UI）、电子防抖（EIS）和光学防抖（OIS）三路独立数据处理，每路均配备专用配置、处理及滤波功能，确保多任务场景下的性能优化。其核心优势在于低功耗设计与嵌入式智能功能的结合，在组合高性能模式下功耗仅0.65mA，实现“常开”体验，适合可穿戴设备等对续航要求高的场景。技术参数方面，LSM6DSV16XTR提供多量程选择，加速度计量程为±2/±4/±8/±16g，陀螺仪则支持±125/±250/±500/±1000/±2000/±4000dps，满足不同精度需求。接口协议兼容SPI、I²C及MIPI I3C® v1.1，辅以专用SPI用于OIS数据输出，确保与主处理器数据同步。芯片内置4.5KB智能FIFO，支持标准中断（如自由落体、唤醒、6D/4D方向检测等），并集成低功耗传感器融合算法（SFLP），可直接输出旋转矢量（四元数）、重力矢量及陀螺仪零偏，简化算法开发。

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

本次在上一版的基础上增加了IMU模块，重点就是让各部分能够都集中在一块，本次设计的IMU模块主要是使用的是IIC的接口，并引出了一个INT状态输出，有助于我们后期调试的时候快速采集状态变化，及时响应数据。

实物图

软件调试

软件方面的调试工作主要是为了验证模块功能是否正常，这里我们选用最便捷的arduino来进行，加载的是SparkFun_LSM6DSV16X的库，确实很方便，驱动代码如下：


#include "SparkFun_LSM6DSV16X.h"
#include <Wire.h>

SparkFun_LSM6DSV16X myLSM;

// Structs for X,Y,Z data
sfe_lsm_data_t accelData;
sfe_lsm_data_t gyroData;

void setup()
{

    Wire.begin();

    Serial.begin(115200);
    while (!Serial)
    {
    }

    if (!myLSM.begin(LSM6DSV16X_ADDRESS_LOW))
    {
        Serial.println("Did not begin, check your wiring and/or I2C address!");
        while (1)
            ;
    }

    // Reset the device to default settings. This if helpful is you're doing multiple
    // uploads testing different settings.
    myLSM.deviceReset();

    // Wait for it to finish reseting
    while (!myLSM.getDeviceReset())
    {
        delay(1);
    }

    Serial.println("Board has been Reset.");
    Serial.println("Applying settings.");

    // Accelerometer and Gyroscope registers will not be updated
    // until read.
    myLSM.enableBlockDataUpdate();

    // Set the output data rate and precision of the accelerometer
    myLSM.setAccelDataRate(LSM6DSV16X_ODR_AT_7Hz5);
    myLSM.setAccelFullScale(LSM6DSV16X_16g);

    // Set the output data rate and precision of the gyroscope
    myLSM.setGyroDataRate(LSM6DSV16X_ODR_AT_15Hz);
    myLSM.setGyroFullScale(LSM6DSV16X_2000dps);

    // Enable filter settling.
    myLSM.enableFilterSettling();

    // Turn on the accelerometer's filter and apply settings.
    myLSM.enableAccelLP2Filter();
    myLSM.setAccelLP2Bandwidth(LSM6DSV16X_XL_STRONG);

    // Turn on the gyroscope's filter and apply settings.
    myLSM.enableGyroLP1Filter();
    myLSM.setGyroLP1Bandwidth(LSM6DSV16X_GY_ULTRA_LIGHT);

    Serial.println("Ready.");
}

void loop()
{

    // Check if both gyroscope and accelerometer data is available.
    if (myLSM.checkStatus())
    {
        myLSM.getAccel(&accelData);
        myLSM.getGyro(&gyroData);
        Serial.print("Accelerometer: ");
        Serial.print("X: ");
        Serial.print(accelData.xData);
        Serial.print(" ");
        Serial.print("Y: ");
        Serial.print(accelData.yData);
        Serial.print(" ");
        Serial.print("Z: ");
        Serial.print(accelData.zData);
        Serial.println(" ");
        Serial.print("Gyroscope: ");
        Serial.print("X: ");
        Serial.print(gyroData.xData);
        Serial.print(" ");
        Serial.print("Y: ");
        Serial.print(gyroData.yData);
        Serial.print(" ");
        Serial.print("Z: ");
        Serial.print(gyroData.zData);
        Serial.println(" ");
    }

    delay(100);
}

运行效果

心得体会

本次通过最便捷的方式进行了一下IMU模块的功能验证，主要也是验证硬件是否可行，IMU传感器们基本上都是LGA封装的，有一定使用难度，不过接口相对来说还是比较简单的，感谢论坛和得捷对本次活动的大力支持，不断的让工程师接触更多的新知识。